認(rèn)知無(wú)線電中稀疏頻譜檢測(cè)及資源分配的研究.pdf

1、隨著第四代、第五代無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，大量的無(wú)線業(yè)務(wù)需要占用較寬的頻帶，而可用的頻譜資源正變得越來(lái)越稀缺。另一方面，無(wú)處不在的無(wú)線服務(wù)和復(fù)雜的傳輸技術(shù)，使得無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的能量消耗非常嚴(yán)重。因此，尋找高頻譜利用率、高能效的無(wú)線傳輸技術(shù)具有重要意義。認(rèn)知無(wú)線電作為一種智能的無(wú)線通信系統(tǒng)，通過(guò)動(dòng)態(tài)的頻譜接入策略，能夠有效的提高頻譜利用率。近年來(lái)，針對(duì)認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)的研究已經(jīng)取得了豐富的研究成果。與此同時(shí)，由于綠色技術(shù)能夠降低能耗、減少二氧化碳排放

2、量并且能夠循環(huán)利用資源，綠色技術(shù)正得到學(xué)術(shù)界、工業(yè)界和政府部分的廣泛關(guān)注。在無(wú)線通信中，綠色無(wú)線通信技術(shù)主要致力于提高能量效率、解決高服務(wù)質(zhì)量需求和節(jié)約能量之間的矛盾。因此，綠色無(wú)線通信技術(shù)與認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)結(jié)合將成為未來(lái)無(wú)線通信研究的熱點(diǎn)。
　　本文圍繞認(rèn)知無(wú)線電、綠色無(wú)線通信技術(shù)展開了研究，主要包括稀疏頻譜感知、高能效資源分配、高能效最優(yōu)中繼選擇等，主要?jiǎng)?chuàng)新內(nèi)容如下:
　　(1)研究了分布式稀疏頻譜感知問(wèn)題，根據(jù)次用戶能否

3、獲得信道狀態(tài)信息，提出了兩種分布式稀疏頻譜感知算法。由于主用戶信號(hào)能量在頻域是稀疏的，因此可通過(guò)能量向量來(lái)判斷整個(gè)頻段的信道是否被占用，將頻譜感知問(wèn)題轉(zhuǎn)化為稀疏向量恢復(fù)問(wèn)題。當(dāng)信道狀態(tài)信息已知時(shí)，頻譜感知問(wèn)題轉(zhuǎn)化為從多個(gè)次用戶觀測(cè)向量恢復(fù)同一個(gè)稀疏向量問(wèn)題;當(dāng)信道狀態(tài)信息未知時(shí)，頻譜感知問(wèn)題轉(zhuǎn)化為從多個(gè)次用戶觀測(cè)向量恢復(fù)多個(gè)具有相同稀疏結(jié)構(gòu)的稀疏向量問(wèn)題;分別采用不同的分布式方法對(duì)上式問(wèn)題進(jìn)行求解，得到了兩種分布式稀疏頻譜感知算法。

4、r>　　研究了集中式稀疏頻譜感知問(wèn)題，根據(jù)次用戶能否獲得信道狀態(tài)信息，提出了兩種集中式稀疏頻譜感知算法。與分布式稀疏頻譜感知問(wèn)題類似，頻譜感知問(wèn)題轉(zhuǎn)化為從多個(gè)次用戶觀測(cè)向量恢復(fù)同一個(gè)稀疏向量或恢復(fù)多個(gè)具有相同稀疏結(jié)構(gòu)的稀疏向量問(wèn)題，然后分別采用路徑協(xié)同優(yōu)化算法和多任務(wù)貝葉斯壓縮感知算法對(duì)其進(jìn)行求解，得到了兩種集中式稀疏頻譜感知算法。
　　(2)研究了認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)中的資源分配問(wèn)題，根據(jù)次用戶能否獲得完整的信道狀態(tài)信息，提出了高能效

5、資源分配算法和魯棒的高能效功率分配算法。針對(duì)多用戶認(rèn)知正交頻分多址系統(tǒng)，1）在次用戶能夠獲得其與主用戶之間的信道狀態(tài)信息的場(chǎng)景下，以次用戶的能量效率和為優(yōu)化目標(biāo)，在干擾約束和功率約束條件下，對(duì)子信道和功率分配問(wèn)題進(jìn)行研究。針對(duì)上述優(yōu)化問(wèn)題，提出了一種分步算法:第一步為子信道分配算法，第二步為高能效功率分配算法;2）在次用戶無(wú)法準(zhǔn)確獲得其與主用戶之間的信道狀態(tài)信息的場(chǎng)景下，以最大化最小次用戶能量效率為優(yōu)化目標(biāo)，在干擾約束條件、功率約束條件

6、和信道估計(jì)誤差約束條件下，對(duì)功率分配問(wèn)題進(jìn)行研究。由于目標(biāo)函數(shù)和信道估計(jì)誤差約束條件是非凸的，很難直接對(duì)其進(jìn)行求解。為了便于求解，首先將非凸的信道估計(jì)誤差約束條件轉(zhuǎn)化為凸約束條件，然后引入變量將原優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為等效的凸優(yōu)化問(wèn)題，最后給出了魯棒的高能效功率分配算法。
　　(3)研究了認(rèn)知放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼系統(tǒng)中的資源分配問(wèn)題，提出了一種高能效中繼選擇和功率分配算法。在認(rèn)知放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼系統(tǒng)場(chǎng)景下，以認(rèn)知用戶的能量效率為優(yōu)化目標(biāo)，對(duì)最優(yōu)中繼選

7、擇和功率分配問(wèn)題進(jìn)行研究。針對(duì)上述優(yōu)化問(wèn)題，提出的高能效中繼選擇和功率分配算法包括兩步:第一步為高能效功率分配算法，第二步為最優(yōu)中繼選擇。
　　研究了統(tǒng)計(jì)約束條件下認(rèn)知解碼轉(zhuǎn)發(fā)中繼系統(tǒng)中的功率分配問(wèn)題，提出了一種高能效功率分配算法。該算法首先對(duì)統(tǒng)計(jì)約束條件進(jìn)行等效變換，然后通過(guò)引入?yún)?shù)將原始的優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為分式優(yōu)化問(wèn)題，最后給出了一種迭代的求解算法。
　　(4)研究了時(shí)延服務(wù)質(zhì)量約束條件下的認(rèn)知無(wú)線電功率分配問(wèn)題，提出了一種